目的骨质疏松症是目前最常见的慢性代谢性骨病,常和骨生成减缓或(和)骨吸收过度有关,造成骨强度下降,易发生骨折。目前,已有研究表明褪黑素(melatonin,MT)具有促进成骨细胞生长,抑制破骨细胞活性的作用,其作用与抑制细胞内活性氧(Reactive oxygen species,ROS)有关。但对于褪黑素在体内是否具有明确的抗骨质疏松效果,以及是通过何种途径影响骨髓单核细胞(Bone marrow monocytes,BMMs)向破骨细胞的分化过程目前尚不清楚。因此,我们设计了本次研究希望能够明确褪黑素的抗骨质疏松效果,并进一步探究褪黑素是通过何种分子通路抑制ROS水平从而抑制破骨细胞的。方法体外实验:无菌分离C57BL/6小鼠的胫骨和股骨,取出骨髓细胞并分离提纯出BMMs。诱导BMMs向破骨细胞分化,在诱导过程中加入不同浓度(20μM/ml、100μM/ml、500μM/ml)的褪黑素。通过抗酒石酸酸性磷酸酶(Tartrate-resistant acid phosphatase,TRAP)染色、纤维性肌动蛋白环(Fibrous Actin,F-Actin)染色检测不同浓度褪黑素对破骨细胞形态、数量的影响。通过PCR检测破骨细胞特异性基因和相关ROS通路的基因表达水平,从而进一步探索褪黑素作用的潜在分子机制。体内实验:8周龄C57BL/6雌性小鼠通过双侧卵巢切除诱导骨质疏松模型,予以每周两次腹腔注射不同浓度(0.5mg/kg、5mg/kg)的褪黑素,8周后处死取股骨。通过微计算机断层扫描(micro-CT)和石蜡切片组织学染色分析检测不同浓度褪黑素抗骨质疏松的效果。结果在体外诱导BMMs向破骨细胞分化过程中,高浓度(500μM/ml)褪黑素可显著降低破骨细胞的数量及大小,同时破骨细胞特异性基因的表达水平也相应降低。中低浓度(20μM/ml、100μM/ml)褪黑素抑制破骨细胞的作用不明显。通过ROS相关信号通路的PCR检测,我们发现破骨细胞在分化成熟过程中,红系衍生的核因子2(Nuclear factor(erythroid-derived 2)-like 2,Nrf2)及其下游的抗过氧化氢酶(Catalase,CAT)的基因表达水平随破骨细胞的成熟而逐渐降低,而高浓度褪黑素能够逆转Nrf2及CAT的表达水平使之升高。通过切除双侧卵巢成功诱导出小鼠骨质疏松模型。micro-CT显示高浓度(5mg/kg)的褪黑素可以提高骨质疏松小鼠骨密度,减少骨量丢失,而低浓度(0.5mg/kg)褪黑素的这一作用不明显。同样,石蜡切片组织学染色显示,高浓度褪黑素作用下,破骨细胞数量明显减少。结论高浓度的褪黑素能够抑制破骨细胞并在小鼠骨质疏松模型中起到抗骨质疏松的效果。褪黑素的这一作用可能是通过活化细胞内Nrf2信号通路,增加CAT的基因表达,从而降低细胞内ROS水平抑制BMMs向破骨细胞分化产生的。